Вимушене комбінаційне розсіяння в умовах самофокусування збуджуючої електромагнітної хвилі

Предмет:

Тип роботи:

Автореферат

К-сть сторінок:

Мова:

Українська

Оцінка:

виснаження лазерного випромінювання у процесі генерації осьової 1s-компоненти в фокальних областях СФ знайдена функція F подовжнього розподілу амплітуди кубічної нелінійної поляризації на антистоксовій частоті. Для цього використаний прийом, який дав змогу уникнути стандартного ускладнення у розв'язанні такого типу задач, пов'язаного з невизначеністю рівня інтенсивності стоксового випромінювання на вході у середовище. А саме: оскільки попередньо, на основі розрахунків інтегрального показника комбінаційного підсилення, була доведена сама можливість глибокого виснаження лазерного випромінювання, то за початкову точку розв'язку вибиралася та, де досягається 33% -ве перетворення збуджуючого випромінювання і яка відповідає максимуму функції F. Функція F несиметрична. Найбільші відхилення від експоненціального розподілу спостерігаються на крилі, що відповідає першій частині фокальної області, та на половинному рівні (F/FMAX =0, 5) за точкою 33% -вого перетворення збуджуючого випромінювання у 1s-компоненту. Ширина Z на рівні 1/e функції подовжнього розподілу нелінійної поляризації у фокальній області у тест-умовах зменшувалася від Z (Р=1, 3Рcr) =1, 14 мм до Z (Р=3, 6Рcr) = 0, 41 мм. Істотно, що Z змінюється уздовж траси руху фокальної області значно менше, ніж довжина фокальної області . У той час, як скорочується у 16, 6 раза, Z  лише у 2, 8 раза, обернено пропорційно до Р. Така незначна зміна довжини області існування нелінійної поляризації на антистоксовій частоті у порівнянні до зміни довжини фокальної області і те, що ця область суттєво коротша від фокальної області ( / Z=17, 2 для Р=1, 3Рcr), допускає можливість того, що кути переважного випромінювання можуть бути досить визначеними і не досягають значень, характерних для розсіяння з нескінченно тонких та довгих активних зон.

З використанням знайденої функції F та у припущенні, що поперечний розподіл є гауссовим розрахована кутова структура 1аs-компоненти у толуолі за тест-умов. На рис. 3 графічно подані результати числового інтегрування у випадку толуолу для деяких значень Р. Вибрані значення Р відповідають положенням фокальної області Z (Р/Рcr) з інтервалом 4 см: Z (1, 31) =25 см (a), Z (1, 41) =21 см (b), Z (1, 57) = 17 см (c), Z (1, 85) =13 см (d), Z (2, 46) =9 см (e). Детальне зіставлення розрахункової кутової структури з експериментальними даними для толуолу (див. рис. 2), одержаними за методом фільтрації кутових спектрів, показує, що зміни у кутовій структурі розсіяного випромінювання уздовж траси руху фокальної області добре описуються у рамках наближення, в якому враховується масштаб перетворення збуджуючого випромінювання у 1s-компоненту.

П’ятий розділ ознайомлює з результатами експериментальних досліджень частотно-кутової структури ВКР-випромінювання на міжкомбінаційних частотах у самофокусуючих середовищах, включає обгрунтування черенковської природи цього випромінювання, оцінки впливу різних факторів на його частотно-кутову структуру та порівняльний аналіз з класичним черенковським випромінюванням.

Частотно-кутова структура розсіяного випромінювання вивчалася у бензолі, бромбензолі, орто-ксилолі і толуолі. Характерний частотно-кутовий спектр антистоксового випромінювання у толуолі поданий на рис. 4., де 1аs  ділянка спектра ( =638 677нм, =0 140 кут. хв.) в області 1as-компоненти, а 2аs  в області 2as-компоненти ( =598 638нм, =0 140 кут. хв.). Спостерігаються параболовидні частотно-кутові смуги (дуги), симетричні відносно осі дисперсії спектрографа ( = 0) і звернені вершинами у бік спектральної лінії збуджуючого випромінювання. Частотні зсуви вершин парабол відносно відповідних комбінаційних частот не збігаються і не кратні частотам ВКР-активних молекулярних коливань. З короткохвильової сторони спектра крила парабол обриваються на довжинах хвиль, що відповідають антистоксовим компонентам ВКР. В області 1as-компоненти подібні частотно-кутові смуги спостерігаються для усіх рідин, що досліджувалися, а в області 2as-компоненти  для толуолу і орто-ксилолу.

Зазначені частотно-кутові смуги інтерпретовані як такі, що виникають внаслідок черенковського випромінювання від антистоксових хвиль нелінійної поляризації. Випромінювання черенковського типу від цих хвиль зумовлене: 1) дисперсією (нормальною) показника заломлення, за якої нелінійна поляризація, що утворюється в результаті параметричної взаємодії колінеарних хвиль з меншою частотою, а отже й швидших, сама розповсюджуються зі швидкістю, більшою ніж фазова швидкість світла у середовищі на частоті відповідної антистоксової компоненти; 2) СФ лазерного пучка, за якого сильно поперечно обмежуються (до декількох мікрометрів) області взаємодії хвиль та існування нелінійної поляризації. Головні аргументи на користь цієї інтерпретації  це спектральне положення виявленого випромінювання і характер його частотно-кутової залежності: воно спостерігається тільки у тих спектральних областях, де швидкість хвилі нелінійної поляризації перевищує фазову швидкість світла у середовищі, а залежність між частотою і кутом розповсюдження задовольняють умові виникнення черенковського випромінювання. Так, зміни експериментальних значень від однієї рідини до іншої і від 1as до 2as-компоненти повністю корелюють із змінами розрахункових значень (табл. 1). Аналогічна кореляція існує і для кутів випромінювання черенковського типу.

Розрахункові значення частотних зсувів менші, а кутів більші реальних в середньому на 15%, що виходить за межі похибки вимірювань. Встановлено, що це викликано спотвореннями хвильового фронту лазерного пучка внаслідок СФ, впливаючими, насамперед, на частотні характеристики, і змінами показника заломлення в області сильного збуджуючого поля, які істотно позначаються на кутовій структурі випромінювання. Розрахунки зсувів для 2as-компонент з урахуванням ефективних хвильових векторів збуджуючого випромінювання, знайдених за експериментальними значеннями для 1as-компонент, дали результат, що збігається з реальними значеннями з точністю 0, 7% для толуолу і 2, 6% для орто-ксилолу.

У шостому розділі розглядаються фізичні передумови і результати